(57)【要約】【課題】  最大電力点で発電するときの出力電圧を高精度で特定し、最大電力点を超えないような電力制御を行う燃料電池制御システムを提供する。【解決手段】  抵抗Ｒ１，Ｒ２の分圧によって燃料電池１の検出電圧が差動増幅器Ｓ１で第１リファレンス電圧Ｖｒｅｆ１と比較され、その差分値が制御部ｌｌに入力される。制御部ｌｌはその差分値に応じて回路部３ａに対してＰＷＭ制御を行う。第１リファレンス電圧Ｖｒｅｆ１は、燃料電池１が最大電力で発電するときの出力電圧に基づき抵抗Ｒ１、Ｒ２の分圧比に対応して設定されている。最大電力で発電するときの出力電圧は、電流−電圧の特性曲線において出力電流がゼロ付近の領域を除いた範囲で、特性曲線を近似線で近似し、その近似線の延長線上で、出力電流がゼロのときの外挿電圧を求め、その外挿電圧の５０％を燃料電池が最大電力点で発電するときの出力電圧として特定する。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の電流−電圧特性に基づき、前記電流−電圧特性を表す特性曲線において出力電流がゼロ付近で出力電圧が急激に変化する領域を除いた範囲で、前記特性曲線を所定の近似線で近似し、その近似線の延長線上で、出力電流がゼロのときの外挿電圧を求め、その外挿電圧により、燃料電池が最大電力点で発電するときの出力電圧を最大電力点電圧として特定することを特徴とする燃料電池の最大電力点電圧特定方法。
【請求項２】
前記最大電力点で発電するときの出力電圧は、前記外挿電圧の５０％の電圧であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の最大電力点電圧特定方法。
【請求項３】
前記燃料電池は直接メタノール型燃料電池が用いられることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池の最大電力点電圧特定方法。
【請求項４】
基準電圧を発生する基準電圧発生手段と、
燃料電池の出力電圧が前記基準電圧より低いとき、前記出力電圧が増加するように前記燃料電池の出力電力を制御する制御手段とを備える燃料電池制御システムにおいて、
前記基準電圧発生手段が発生する基準電圧は、前記燃料電池が最大電力点で発電するときの最大電力点電圧を最小とし、それ以上の電圧値に設定され、
前記最大電力点電圧は、前記燃料電池の電流−電圧特性に基づき、前記電流−電圧特性を表す特性曲線において出力電流がゼロ付近で出力電圧が急激に変化する領域を除いた範囲で、前記特性曲線を所定の近似線で近似し、その近似線の延長線上で、出力電流がゼロのときの外挿電圧を求め、その外挿電圧により特定されたことを特徴とする燃料電池制御システム。
【請求項５】
前記制御手段は、前記燃料電池の温度検出値と所定の温度値とを比較し、前記燃料電池の温度検出値が前記所定の温度値を上回った場合、前記燃料電池の温度が上昇しないように前記燃料電池の出力電力を制御することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池制御システム。
【請求項６】
前記制御手段は、前記燃料電池の温度検出値と所定の温度値との差分値に応じて、前記燃料電池の出力電力を制御できるものとし、前記差分値が小さいほど前記基準電圧が大きくなるように補正を行うことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池制御システム。
【請求項７】
前記燃料電池には、前記燃料電池によって充電される蓄電手段が接続され、
前記制御手段は、前記蓄電手段の入力電圧と所定の電圧とを比較し、前記蓄電手段の入力電圧が前記所定の電圧を上回った場合、前記燃料電池の出力電力を制限することを特徴とする請求項４ないし請求項６のいずれか１項に記載の燃料電池制御システム。
【請求項８】
前記制御手段は、前記燃料電池の出力電力を制限するため、前記蓄電手段の電圧と所定の電圧との差分値を求め、その差分値に応じて、差分値が小さいほど前記基準電圧が大きくなるように補正を行うことを特徴とする請求項７に記載の燃料電池制御システム。
【請求項９】
前記制御手段は、前記基準電圧を補正することによって、前記蓄電手段の入力電圧を一定にさせることを特徴とする請求項７または８に記載の燃料電池制御システム。
【請求項１０】
燃料電池制御システムに用いられる電力制御装置であって、
少なくとも燃料電池の出力電圧を入力可能な電圧入力端子と、
前記燃料電池の出力電力を調整する電力調整手段の制御端に制御信号を出力する制御端子と、
基準電圧を発生する基準電圧発生源と、
前記電圧入力端子から入力された燃料電池の出力電圧と前記基準電圧発生手段が発生した基準電圧とを比較し、前記出力電圧が前記基準電圧より小さいとき、前記燃料電池の出力電圧が増加するように、前記燃料電池の出力電力を制限するための制御信号を作成し前記制御端子に出力する制御信号作成手段とを備え、
前記基準電圧発生源が発生する基準電圧は、前記燃料電池が最大電力点で発電するときの最大電力点電圧を最小とし、それ以上の電圧値に設定され、
前記最大電力点電圧は、前記燃料電池の電流−電圧特性に基づき、前記電流−電圧特性を表す特性曲線において出力電流がゼロ付近で出力電圧が急激に変化する領域を除いた範囲で、前記特性曲線を所定の近似線で近似し、その近似線の延長線上で、出力電流がゼロのときの外挿電圧を求め、その外挿電圧により特定されたことを特徴とする電力制御装置。
【請求項１１】
さらに、前記燃料電池の温度検出値を入力可能な温度端子を備え、
前記制御信号作成手段は、前記温度端子から入力された温度検出値と所定の温度値とを比較し、前記燃料電池の温度検出値が前記所定の温度値を上回った場合、前記燃料電池の出力電力が減少するように前記制御信号を作成することを特徴とする請求項１０に記載の電力制御装置。
【請求項１２】
前記制御信号作成手段は、前記燃料電池の温度検出値と所定の温度値との差分値を求め、その差分値に応じて、差分値が小さいほど前記基準電圧が大きくなるように補正を行うことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の電力制御装置。
【請求項１３】
前記燃料電池によって充電される蓄電手段の電圧を入力する蓄電端子をさらに備え、
前記制御信号作成手段は、前記蓄電端子から入力される前記蓄電手段の電圧と所定の電圧との差分に応じて、前記制御信号を作成することを特徴とする請求項９ないし請求項１１のいずれか１項に記載の電力制御装置。
【請求項１４】
前記燃料電池によって充電される蓄電手段の電圧を入力する蓄電端子をさらに備え、
前記制御信号作成手段は、前記蓄電手段の電圧と所定の電圧との差分値を求め、その差分値に応じて、差分値が小さいほど前記基準電圧が大きくなるように補正を行うことを特徴とする請求項１０ないし請求項１２のいずれか１項に記載の電力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の最大電力点電圧特定方法および燃料電池制御システムならびに燃料電池制御システムに使用される電力制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子技術の進歩によって、携帯電話機、ノートＰＣ、オーディオ・ビジュアル機器、あるいはモバイル端末機器などの携帯電子機器の普及が急速に進んでいる。これらの携帯電子機器の電源である二次電池は、電池活物質の開発や高容量な電池構造の開発によって、従来のシール鉛バッテリからＮｉ／Ｃｄ電池、Ｎｉ水素電池、さらにはリチウムイオン電池へと進化し、容量の増加が図られた。
【０００３】
一方、携帯電子機器においては低消費電力化への努力がなされ、素子で機能当たりの消費電力は大幅に低下したが、ユーザニーズを向上させるべく、今後も、新しい機能を追加する必要があり、機器全体の消費電力は益々増加する傾向にあるものと考えられる。電源としては、より高密度すなわち、小型にして駆動時間の長いものが必要となる。
このような要求を満たす電源として、最近、燃料電池が注目を集めている。燃料電池は、出力電流の増加にしたがって、出力電力が増加する特性をもつ一方、出力電流がある値以上になると、出力電力が逆に増加から減少に転じる特性を有する。すなわち、燃料電池の出力特性には、最も発電効率のよい最大電力点が存在し、その最大電力点を越えての使用は、発電効率の低下を招き出力電力の不足によって、燃料電池の電極を劣化させる恐れがある。
【０００４】
燃料電池の制御技術として、例えば特許文献１では、燃料電池を最大電力点で発電するときの出力電圧を所定電圧値として設定し、検出された燃料電池の出力電圧が設定された所定電圧値を下回った場合、出力電圧が所定電圧値以上に保持するように補助電力手段から負荷へ電力を供給させ、燃料電池の出力電力を最大電力点以内の範囲に維持する燃料電池システムが提案されている。
【０００５】
また、特許文献２では、出力電力を制御するために、上限電圧と下限電圧を設定し、燃料電池の出力電圧が上限電圧を超えると、出力電流を増やし、出力電圧が下限電圧を下回ると、出力電流を減らし、燃料電池の出力電圧を所定範囲内に維持するように出力電力を制御する燃料電池発電装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２２９１３８号公報（段落番号００５１、及び図３参照）
【特許文献２】特開平７−１５３４７４号公報（段落番号０００８、及び図１〜図３参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載の技術では、燃料電池を最大電力点で発電するときの出力電圧（最大電力点電圧）を開放電圧の３５％以上、５０％以下の範囲内として特定し、所定電圧値を設定するようになっているため、燃料電池によっては、出力電力を最大電力点以内の範囲内に制御できないという問題がある。
図１２は、固定高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）、直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）の出力特性を示す特性図である。横軸に電流密度（Ａ／ｃｍ2）を表わし、縦軸に出力電圧（Ｖ）及び電力密度（ｍＷ／ｃｍ2）を表わしている。特性曲線ａは、直接メタノール型燃料電池の電流−電圧特性を示し、特性曲線ｂは、直接メタノール型燃料電池の電流−電力密度特性を示し、特性曲線ｃは、固定高分子型燃料電池の電流−電圧特性を示す。
【０００７】
直接メタノール型燃料電池に関して、特性曲線ａに示すように、その電圧範囲は、開放電圧の０．８Ｖから０．２Ｖ以下になるが、良好な電流−電圧特性から考えると、実際の発電に使える領域は、０．４Ｖ以下の範囲となる。さらに最大電力点Ｑで発電するときの電圧（最大電力点電圧）は０．２Ｖ近傍になっているため、実際に使用可能な電圧範囲は０．４Ｖから０．２Ｖの範囲内である。
このような特性を持つ直接メタノール型燃料電池の制御に例えば、前記特許文献１の技術を適用した場合、開放電圧が０．８Ｖのため、最大電力点電圧は０．２８Ｖ以上の電圧と特定され、その結果、燃料電池の出力電圧が０．２８Ｖ以上に制御されることになる。このとき、電流−電力密度特性を示す特性曲線ｂで示すように、出力電力は最大電力点Ｑから大きく外れ、燃料電池を高出力で発電させることができない。
【０００８】
固定高分子型燃料電池に関しては、特性曲線ｃで示すように開放電圧が１Ｖで、使用可能な電圧範囲は０．９５Ｖから０．５０Ｖとなっている。
このため、例えば、前記特許文献１の技術を用いて固定高分子型燃料電池の制御を行った場合は、開放電圧が１Ｖであるために、最大電力点電圧は０．３５Ｖ以上の電圧と特定され、この結果、燃料電池の出力電圧が０．３５Ｖ以上に制御されることになり、使用可能な電圧範囲外になってしまうため、燃料電池を高効率で発電させることができないだけでなく、出力電力の低下により、出力電力の不足を招き、燃料電池の電極を劣化させる恐れが生じる。
【０００９】
特に、直接メタノール型燃料電池のような出力電圧が大きく変化する燃料電池の場合は、出力電圧の僅かな違いで、出力電力は最大電力点から大きく外れることがあるので、最大電力点で発電するときの電圧すなわち最大電力点電圧を正確に特定する必要があるが、前記特許文献１のように開放電圧に基づく方法では燃料電池によって大きな誤差が生じて正確に特定できない場合もある。
【００１０】
また、直接メタノール型燃料電池は、燃料電池の温度や空気極の気体の流速によって出力特性が大きく変化する特性を有するうえ、例えば、二酸化炭素や水のような反応に伴う生成物が詰まるなどの何らかの原因で出力電力が急激に低下することがある。出力電力が急激に低下した場合には、出力電流を速やかに制限する必要がある。しかし、ここで、例えば前記特許文献２記載の技術を適用して制御を行った場合は、燃料電池の出力電圧が上限電圧を超えると、電流を増やし、下限電圧を下回ると、電流を減らすようにステープ的に出力電流を増減させているので、電流の制限は前記のような出力電力の急変に追随できないという問題があった。
また、燃料電池の温度が上昇した場合、出力電圧も増加する。しかし、特許文献２の技術では、出力電圧が増加すると、さらに出力電流を増やす制御を行うので、出力電圧が発散的に増大していく問題点があった。
【００１１】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、燃料電池の種類を問わず燃料電池の最大電力点電圧を正確に特定する最大電力点電圧特定方法と、燃料電池を発電する際の出力電力を最大電力点以内の範囲内に制限できる燃料電池制御システムまたはその制御を行う電力制御装置を提供することを目的とし、燃料電池制御システムまたは電力制御装置では、出力電力が急激な低下した場合または温度が変化した場合でも対応可能とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このため、本発明の最大電力点の特定方法は、出力電流がゼロ付近で出力電圧が急激に変化する領域を除いた範囲で、電流−電圧の特性を表す特性曲線を近似線で近似し、その延長線上で、出力電流がゼロのときの外挿電圧を求め、その外挿電圧により前記燃料電池の最大電力点で発電するときの出力電圧を最大電力点電圧として特定する。
最大電力点電圧は、例えば前記外挿電圧の５０％の電圧とすることができる。
【００１３】
本発明の燃料電池制御システムは、基準電圧を発生する基準電圧発生手段と、前記燃料電池の出力電圧と前記基準電圧とを比較し、前記出力電圧が前記基準電圧より低いとき、前記燃料電池の出力電力を制限する制御手段とを備え、前記基準電圧発生手段は、前記最大電力点電圧特定方法を用いて特定された最大電力点電圧を最小とし、それ以上の電圧値を基準電圧として発生する。
前記制御手段としては、さらに前記燃料電池の温度検出値と所定の温度値とを比較し、前記燃料電池の温度検出値が前記所定の温度値を上回った場合、温度の上昇を制限するように出力電力を制限することもできる。
【００１４】
本発明の電力制御装置は、少なくとも燃料電池の出力電圧を入力可能な電圧入力端子と、前記燃料電池の出力電力を調整する電力調整手段の制御端に制御信号を出力する制御端子と、基準電圧を発生する基準電圧発生源と、前記電圧入力端子から入力された燃料電池の出力電圧と前記基準電圧発生手段が発生した基準電圧とを比較し、前記出力電圧が前記基準電圧より小さいとき、前記燃料電池の出力電圧が増加するように、前記燃料電池の出力電力を制限するための制御信号を作成し前記制御端子に出力する制御信号作成手段とを備え、基準電圧発生源は、前記最大電力点電圧特定方法を用いて特定された最大電力点電圧を最小とし、それ以上の電圧値を基準電圧として発生する。
さらに、前記燃料電池の温度検出値を入力可能な温度端子を備えた場合、前記制御信号作成手段は、前記温度端子から入力された温度検出値と所定の温度値とを比較し、前記燃料電池の温度検出値が前記所定の温度値を上回った場合、前記燃料電池の出力電力が減少するように前記制御信号を作成することもできる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の最大電力点の特定方法では、電流−電圧の特性曲線を近似線で近似し、近似線の延長線上で出力電流がゼロのときの外挿電圧を求め、外挿電圧により最大電力点電圧を特定するようにしたので、燃料電池の電気特性によってその最大電力点電圧を特定することができる。燃料電池の種類を問わず最大電力点電力を特定し、燃料電池の出力電圧を最大電力点電圧以上に制御することによって、出力電力を最大電力点以上の領域に限定することができる。
【００１６】
燃料電池制御システムでは、最大電力点で発電するときの出力電圧を前記した特定方法で特定し、基準電圧として設定し、燃料電池の出力電圧が基準電圧より小さいとき、燃料電池の出力電力を制御するため、出力電力の減少で、出力電圧を常に、最大電力点で発電するときの出力電圧以上に維持することができる。この結果、燃料電池は、最大電力点を超えて発電されることがない。また、出力電力が急激的に低下や温度が過度に上昇したにとき、速やかに電力制限することができる。
【００１７】
電力制御装置では、最大電力点で発電するときの出力電圧を前記した特定方法で特定し、基準電圧として設定し、電圧入力端子を介して入力された燃料電池の出力電圧が基準電圧より小さいとき、燃料電池の出力電力を制御するための制御信号を作成し、制御端子から、出力するようにしたため、この電力制御装置を使用することによって、燃料電池の出力電圧を常に最大電力で発電するときの出力電圧以上に維持することができる。燃料電池は、最大電力点を超えて発電されることがない。また、出力電力が急激的に低下にときも、速やかに電力制限することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
まず、本発明における燃料電池を最大電力点で発電するときの出力電圧の特定方法について説明する。
燃料電池の出力特性に関し、一般に、図１に示すような等価回路の直流モデルを用いて表すことができる。ここで、Ｒは、燃料電池の各状態によって変化する燃料電池の内部抵抗で、Ｒｏは負荷抵抗である。
この等価回路の直流モデルにおける出力電力Ｗは、次の式（１）で表すことができる。
Ｗ＝Ｅ2／Ｒ×〔（Ｒ／Ｒ0＋Ｒ0／Ｒ）＋２〕                        （１）
但し、Ｅは燃料電池の設定電圧である。
【００１９】
前記の式（１）における出力電力Ｗが最大値になる条件は、式（１）の（Ｒ／Ｒ0＋Ｒ0／Ｒ）をＲで微分すれば分かるように、Ｒ＝Ｒｏである。つまり、出力電力が最大となる条件はＲ＝Ｒｏであることから、燃料電池の出力電圧（つまり、負荷抵抗Ｒｏの端子電圧）はＥ／２であり、これが燃料電池の種類、発電状態に関わらず一定な最大電力点の条件であることが分かる。すなわち、燃料電池の出力電圧が設定電圧の５０％のときの出力電力は最大電力点になる。したがって、設定電圧Ｅを特定し、燃料電池の出力電圧が設定電圧Ｅの１／２の電圧になるように出力電力の制御を行うことによって、燃料電池を最大電力点で発電させることができる。出力電力の制御は、例えば出力電流を制御したり、または発電するセル数を制御したりすることによって行うことができる。
【００２０】
設定電圧Ｅは、燃料電池の電流−電圧特性から求めることができる。その方法は以下のように、例えば図１２に示す特性曲線ａに対して、出力電流（電流密度）がゼロ付近で出力電圧が急激に変化する領域を除いた範囲内において点線で示す直線の近似線で近似し、近似線の延長線上で出力電流がゼロのときの外挿電圧を設定電圧Ｅとして求める。したがって、外挿電圧の５０％の電圧は、燃料電池を最大電力点で発電するときの出力電圧になる。
【００２１】
図２は、直接メタノール型燃料電池における異なる温度下での電流−電圧特性を示す特性図である。横軸は電流密度（Ａ／ｃｍ2）を表わし、縦軸は電圧（Ｖ）を表わしている。
図２に示すように、直接メタノール型燃料電池の電圧出力特性は、出力電流の増加に伴って低下する特性を有するとともに、出力電流が同じ場合、温度が低いほど出力電圧が低い特性を有している。各温度の異なる特性曲線に対して図１２の特性曲線ａと同様に点線の近似線で近似すると、それぞれの近似線の延長線上で、出力電流がゼロのときの外挿電圧が同じ０．４１Ｖになる。これは、温度が異なっても、外挿電圧が同じであることを意味する。
【００２２】
図３は、直接メタノール型燃料電池における温度が一定で、強制給気と自然呼気のそれぞれのときの電流−電圧特性を示す特性図である。
図３に示すように、強制給気に比べ、空気の流速が無い自然呼気の場合、燃料電池の出力電圧は低下するが、前記同様に特性曲線を点線で示す直線の近似線で近似し、その延長線上で、出力電流がゼロのときの外挿電圧を求めると同じ０．４１Ｖになる。
【００２３】
以上のことから、図１に示す等価回路の直流モデルでは、温度など燃料電池の発電状態によらず、設定電圧は同じ電圧値をとることができる。したがって、予め燃料電池の外挿電圧を測定しておき、その電圧の５０％の電圧値を目標電圧として燃料電池の出力電圧を制御すれば、燃料電池の発電状態によらず、常に、最大出力点で燃料電池を発電させることができる。また、外挿電圧の５０％の電圧値を最小値として出力電圧を制御すれば、出力電力を最大電力点内に限定して燃料電池を発電させることができる。
なお、外挿電圧を求める際の近似線は、直線である必要はなく、他の曲線で近似してもよい。
【００２４】
《実施の形態１》
図４は、本発明の実施の形態１における燃料電池制御システムの一構成例を示す構成図である。この燃料電池制御システムは、大きく分けて、燃料電池１、蓄電手段である電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）２、昇圧コンバータまたは降圧コンバータからなる回路部３、及び回路部３に対してスイッチング制御を行う制御ＩＣ（電力制御装置）４を備えた構成となっている。この燃料電池制御システムが携帯電子機器に用いられるもので、燃料電池１は直接メタノール型燃料電池である。
【００２５】
この燃料電池制御システムにおいて、蓄電手段として使用される電気二重層コンデンサ２は１セルあたりの耐電圧が２．３Ｖ〜３．３Ｖである。このため、図４に示すように２セル直列接続で使用している場合は、耐電圧が４．６Ｖ以上となり、従来よりリチウムイオン電池で１セルやＮｉＭＨ電池で２セルで駆動する携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、デジタルスチルカメラ、マルチメディアプレイヤなどの電子機器に本燃料電池制御システムを適用可能である。また、リチウムイオン電池が複数セルになっているノートＰＣなどのアプリケーションの場合は、リチウムイオン電池で２セルに対して電気二重層コンデンサ２を２〜４セルで使用し、リチウムイオン電池で３セルに対して電気二重層コンデンサ２を３〜５セルで使用すればよい。もちろん、蓄電手段として電気二重層コンデンサ２の代わりに、リチウムイオン電池等の２次電池を使用しても構わない。
【００２６】
図４に示すように燃料電池１の出力に蓄電手段として電気二重層コンデンサ２を設けることにより、燃料電池１から取り出せる最大電力よりも負荷３０の要求電力が大きい場合には、不足分の電力を電気二重層コンデンサ２によってサポートすることができる。例えば、燃料電池１の一時的な状態悪化や負荷３０の要求電力が携帯電話機等のようなパルス負荷の場合は、電気二重層コンデンサ２によって不足分の電力を供給することができる。なお、パルス負荷が多いアプリケーションの場合は、電気二重層コンデンサのように放電特性に優れた蓄電手段を使用することが効率改善のために望ましい。
なお、本実施の形態では、燃料電池１として直接メタノール型燃料電池を使ったが、固定高分子型燃料電池や他の種類の燃料電池を使用しても構わない。また、図４では燃料電池１を４セル使用しているが、回路部３の効率を考慮してセル数を増減させても構わない。
【００２７】
回路部３は、ＮチャネルパワーＭＯＳＦＥＴ１３とＰチャネルパワーＭＯＳＦＥＴ１４を用いた同期整流方式の昇圧コンバータの構成になっている。このような昇圧コンバータでは、ＮチャネルパワーＭＯＳＦＥＴ１３がＯＮしたときのスイッチングサイクルで燃料電池１のエネルギーがインダクタンスＬに貯えられ、ＰチャネルパワーＭＯＳＦＥＴ１４がＯＮしたときのスイッチングサイクルで燃料電池１のエネルギーと共にインダクタンスＬに貯えられたエネルギーが電気二重層コンデンサ２へ充電するので、電気二重層コンデンサ２の充電電圧（蓄電電圧）は燃料電池１の出力電圧よりも高くなる（つまり、昇圧する）。
【００２８】
制御ＩＣ４は、少なくとも、燃料電池の電圧入力用の電圧入力端子ＦＢｉｎ、燃料電池の温度取得用の温度端子ＴＥＭＰ、電気二重層コンデンサ２の電圧取得用の蓄電電圧端子（蓄電端子）Ｆｂｏｕｔ、回路部３の出力電圧取得用の端子Ｖｏｕｔ、スイッチング電流取得用の端子ＳＥＮＳＥ、ＰチャネルパワーＭＯＳＦＥＴ１４の制御端子ＴＧ、ＮチャネルパワーＭＯＳＦＥＴ１３の制御端子ＢＧ、及びグランド端子ＧＮＤの合計８端子を備えている。もちろん、前記の８端子の他にＩＣのＯＮ／ＯＦＦ端子やループ補償用の端子などを必要に応じて設けてもよい。この制御ＩＣ４の詳細については後述する。
【００２９】
図５は、本発明の実施の形態１における燃料電池制御システムの他の構成例を示す構成図である。図５に示す燃料電池制御システムの構成は、図４に示す燃料電池制御システムの構成に対して、回路部３ａの入力側に平滑用のコンデンサＣ１，出力側に同じ平滑用のコンデンサＣ２が付加された点で異なっている。コンデンサＣ１を設けることにより、電圧入力端子ＦＢｉｎに入力される燃料電池の出力電圧が過度に変動するなどの場合でも、制御ＩＣ４が動作不安定になることはない。同様にコンデンサＣ２を設けることにより、蓄電電圧端子Ｆｂｏｕｔに入力される電気二重層コンデンサ２の電圧や出力電圧取得用の端子Ｖｏｕｔに入力される電圧が過度に変動しても制御ＩＣ４が動作不安定になることはない。
【００３０】
次に、図６に基づいて、燃料電池制御システムの動作について説明する。
図６は、図５に示す燃料電池制御システムに対して制御ＩＣの機能構成を追加したものである。以下、制御ＩＣ４の機能について詳細に説明する。
この制御ＩＣ４は、主に差動増幅器Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３および制御部１１で構成されている。その機能における第１の特徴は、電圧入力端子ＦＢｉｎの処理の部分にある。すなわち、制御ＩＣ４においては、燃料電池１の電圧が抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２で分圧された燃料電池検知電圧Ｖが、電圧入力端子ＦＢｉｎから差動増幅器Ｓ１に入力され、ここで第１リファレンス電圧Ｖｒｅｆｌと比較され、その差分電圧が制御部１１に入力される。
【００３１】
第１リファレンス電圧Ｖｒｅｆｌは、前記した最大電力点電圧の特定方法で求められた外挿電圧に基づいて、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２の分圧比に応じて設定されている。すなわち、燃料電池の出力電圧が外挿電圧の５０％の以下になったとき、差動増幅器Ｓ１が反転するように第１リファレンス電圧Ｖｒｅｆｌが設定されている。
なお、本実施形態では、直接メタノール型燃料電池を使用するため、外挿電圧は、図２、図３、図１２に示すように０．４１Ｖになる。
【００３２】
ここで、燃料電池１の出力電圧が抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２によって分圧されて、電圧入力端子ＦＢｉｎに入力されるが、検知電圧Ｖが、基準電圧である第１リファレンス電圧Ｖｒｅｆｌより大きくなると（つまり、燃料電池１の出力電圧が外挿電圧の５０％の電圧値以上になると）、制御部１１は回路部３に対して通常、行っているＰＷＭ（パルス幅変調）のデューティを上げるようにして燃料電池１から取り出す電流を大きくするような制御を行う。また、検知電圧Ｖが第１リファレンス電圧Ｖｒｅｆｌ以下になると（つまり、燃料電池１の出力電圧が外挿電圧の５０％の電圧値より小さくなると）、制御部１１はＰＷＭのデューティを下げて燃料電池１から取り出す電流を小さくするような制御を行う。
【００３３】
これによって、燃料電池１が常に最大電力点で発電されることになる。また、この結果、燃料電池は、最大電力点を超えて発電されることがないので、発電効率の低下によって出力電力が不足になり、電極が劣化するといったようなことが防止される。
このようなＰＷＭのデューティ制御は通常の定電圧制御とは逆の制御である。つまり、制御部ｌｌがこのような制御を行うことで、常に最大電力点を追従して燃料電池１の発電制御を行っている。
したがって、空気極の気体の流速が低くなったり、二酸化炭素や水のような反応に伴う生成物が詰まるなどの何らかの原因で出力電力が急激に低下して、電流を取り出せない場合でも、速やかに電流制限になるので、生成物の発生が抑制されて、燃料電池１の発電状態を回復に向かわせることもできる。
【００３４】
次に、燃料電池１の出力電圧を検出するための検出回路である抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の設計例を説明する。
ここで、制御ＩＣ４の内部の第１リファレンス電圧Ｖｒｅｆｌが０．６Ｖで、燃料電池１の最大電力点電圧が４セルで０．８４Ｖであるとする。この場合、抵抗Ｒｌと抵抗Ｒ２の比を０．２４：０．６にすることができる。また、第１リファレンス電圧Ｖｒｅｆｌが１．２Ｖで、燃料電池１の最大電力点電圧が２．０Ｖである場合は、抵抗Ｒｌを０．８ｋΩ、抵抗Ｒ２を１．２ｋΩにすることができる。つまり、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の抵抗比は、最大電力点電圧と第１リファレンス電圧Ｖｒｅｆｌの按分比によって適宜に決められる。言い換えれば、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の分圧比は、最大電力点の電圧と第１リファレンス電圧Ｖｒｅｆｌに応じて適宜に決めることができる。
【００３５】
これによって、燃料電池１のセル数や最大電力点の電圧が変化した場合も、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の分圧比を変えることで、セル数の異なる燃料電池または１セルで最大電力点電圧が異なっても同じ制御ＩＣ４を用いることができる。
なお、第１リファレンス電圧Ｖｒｅｆｌに関しても０．６Ｖ以下にしてもよいし、セル数がより多い場合は第１リファレンス電圧Ｖｒｅｆｌを１．２Ｖなどの高い電圧にしてもよい。なお、前述したように、燃料電池１が直接メタノール型燃料電池であるため、出力電流がゼロに近づくと急激に電圧が上昇するので、コンデンサＣ１などの耐電圧を超えると燃料電池１の寿命に影響を及ぼすので、燃料電池１の電流がゼロにならないように注意する必要がある。つまり、抵抗Ｒｌ、抵抗Ｒ２について、Ｒｌ＋Ｒ２の抵抗値を燃料電池１から常に数ｍＡ程度流れるような抵抗値（例えば、数ｋΩ〜数百Ω程度）に調整することで、このような電圧上昇を防止することができる。
【００３６】
図６に示す制御ＩＣ４の機能における第２の特徴は、蓄電電圧端子Ｆｂｏｕｔの処理の部分にある。この部分の処理は、電気二重層コンデンサ２の電圧の処理であり、一般的なＤＣ／ＤＣコンバータにおける出力電圧のフイードバックと同様の構成になっており、第２リファレンス電圧Ｖｒｅｆ２の電圧は電気二重層コンデンサ２の数に対応して例えば０．６Ｖまたは１．２Ｖにすることができる。もちろん、抵抗Ｒ３、Ｒ４の分圧比を変えることによって、第１リファレンス電圧Ｖｒｅｆｌの電圧値と共通にしてもよいし、Ｖｒｅｆ１とは異なる値にしてもよい。
【００３７】
出力側の電気二重層コンデンサ２においては、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４で分圧された出力検知電圧Ｖが蓄電電圧端子Ｆｂｏｕｔを介して差動増幅器Ｓ３に入力され、ここで第２リファレンス電圧Ｖｒｅｆ２と比較される。その差分電圧が制御部１１に入力される。出力検知電圧Ｖが第２リファレンス電圧Ｖｒｅｆ２より所定値以上小さいときは、電気二重層コンデンサ２が満充電になっておらず、制御部１１は、最大電力点を追随して発電するように、ＰＷＭのデューティの制御を行う。出力検知電圧Ｖが第２リファレンス電圧Ｖｒｅｆ２に近づいた場合は、制御部１１は、ＰＷＭのデューティを制限する制御を行う（つまり、電気二重層コンデンサ２の電圧が上がるとＰＷＭのデューティを小さくし、出力電圧が下がるとＰＷＭのデューティを大きくする）。また、出力電圧の上限リミットをかけるようなＰＷＭ制御を行うこともできる。なお、出力検知電圧Ｖが第２リファレンス電圧Ｖｒｅｆ２に近づいた場合は、最大電力点追従制御から通常の昇圧コンバータ動作に切り替えることでＰＷＭのデューティ制限を実現してもよい。このような処理を行うことによって、電気二重層コンデンサ２の電圧、すなわち充電量を常に一定に保つことができる。
【００３８】
図６に示す制御ＩＣ４の機能における第３の特徴は、温度端子ＴＥＭＰの処理の部分にある。温度端子ＴＥＭＰに入力されるのは燃料電池１の温度情報であり、この温度情報は例えば図示しないサーミスタや温度ＩＣによって取得される。
燃料電池１の検出温度の値を示す温度電圧Ｖが差動増幅器Ｓ２に入力され、ここで第３リファレンス電圧Ｖｒｅｆ３と比較され、その差分電圧が制御部１１へ入力される。第３リファレンス電圧Ｖｒｅｆ３は、燃料電池１のセル数に応じて、例えば０．６Ｖまたは１．２Ｖにすることができる。もちろん、分圧用の抵抗を設けてＶｒｅｆｌの電圧値と共通にしてもよいし、Ｖｒｅｆ１とは異なるリファレンス電圧にしてもよい。
ここで、温度電圧Ｖが第３リファレンス電圧Ｖｒｅｆ３より小さいときは（つまり、燃料電池１の検出温度が設定値より低いときは）、制御部１１は、通常のように最大電力点で発電させる制御を行うが、温度電圧Ｖが第３リファレンス電圧Ｖｒｅｆ３より大きいときは（つまり、燃料電池１の検出温度が設定値より高いときは）、制御部１１はＰＷＭのデューティ制限を行う。すなわち、燃料電池１の検出温度が設定値より高いときは、最大電力の追従制御に優先してＰＷＭのデューティ制限の制御が行われる。
【００３９】
このようにして、燃料電池１の温度の上昇に伴って燃料電池１から取り出す電流を絞る制御を行うため、燃料電池１の温度を一定にすることができる。例えば、制限温度としての設定値を４５℃に設定すれば、燃料電池１が４５℃を超えて使用者がやけどを起こすような温度になることを防ぐことができる。
【００４０】
図７は、本発明の実施の形態１における燃料電池制御システムの制御ルーチンを示すフローチャートである。
次に、図６の燃料電池制御システムの構成図を参照しながら図７のフローチャートの流れを説明する。図７において、制御部１１は、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒによって分圧された燃料電池１の出力電圧と第１リファレンス電圧Ｖｒｅｆ１との差分電圧を入力し（ステップＳ１）、その差分電圧に基づいて最大電流または最大ＰＷＭ幅を決定する（ステップＳ２）。次に、制御部１１は、温度電圧Ｖと第３リファレンス電圧Ｖｒｅｆ３との差分電圧を入力し（ステップＳ３）、温度電圧Ｖと第３リファレンス電圧Ｖｒｅｆ３との差分電圧が０より大きいか否かを判定する（ステップＳ４）。ここで、温度電圧Ｖと第３リファレンス電圧Ｖｒｅｆ３との差分電圧が０より大きければ（ステップＳ４でＹｅｓの場合）、燃料電池１の温度が所定値より高いので、温度の上昇を制限する（制限セット）ようにＰＷＭのデューティ制限を行う（ステップＳ５）。
【００４１】
次に、制御部１１は、第２リファレンス電圧Ｖｒｅｆ２と出力電圧との差分電圧を入力し（ステップＳ６）、第２リファレンス電圧Ｖｒｅｆ２と抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４で分圧された回路部３ａの出力電圧との差分電圧が設定値以下であるか否かを判定する（ステップＳ７）。ここで、第２リファレンス電圧Ｖｒｅｆ２と抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４で分圧された回路部３ａの出力電圧との差分電圧が設定値以下である場合は（ステップＳ７でＹｅｓの場合）、温度の差分電圧と出力電圧の差分電圧の大きさを比較することによって出力電力制限と温度制限のどちらの制限を優先させるかの制限度の大小比較（優先比較）を行い（ステップＳ８）、出力電力制限の方が大きい場合は（つまり、出力電力制限を優先させる場合は）、出力電圧制限をセットし（ステップＳ９）、出力電流またはＰＷＭデューティの指令値を決定する（ステップＳ１０）。なお、ステップＳ８で温度制限の方が大きい場合は（つまり、温度制限を優先させる場合は）、その温度制限の条件に基づいて出力電流またはＰＷＭデューティの指令値を決定する（ステップＳ１０）。
【００４２】
また、ステップＳ４で、温度電圧と第３リファレンス電圧Ｖｒｅｆ３との差分電圧が０以下であれば（ステップＳ４でＮｏの場合）、燃料電池１の温度が低いので、制御部１１は、第２リファレンス電圧Ｖｒｅｆ２と出力電圧との差分電圧を入力し（ステップＳ１１）、第２リファレンス電圧Ｖｒｅｆ２と出力電圧との差分電圧が設定値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。ここで、第２リファレンス電圧Ｖｒｅｆ２と出力電圧との差分電圧が設定値以下である場合は（ステップＳ１２でＹｅｓの場合）、出力電圧制限をセットし（ステップＳ９）、出力電流またはＰＷＭデューティの指令値を決定する（ステップＳ１０）。なお、ステップＳ１２で、第２リファレンス電圧Ｖｒｅｆ２と出力電圧との差分電圧が設定値以上である場合は（ステップＳ１２でＮｏの場合）、その設定値に基づいて出力電流またはＰＷＭデューティの指令値を決定する（ステップＳ１０）。また、ステップＳ７で第２リファレンス電圧Ｖｒｅｆ２と出力電圧との差分電圧が設定値以上である場合についても（ステップＳ７でＮｏの場合）、その設定値に基づいて出力電流またはＰＷＭデューティの指令値を決定する（ステップＳ１０）。
【００４３】
すなわち、図７の制御ルーチンに示すように、制御ＩＣ４内の制御部ｌｌが電流モードで動作する場合は、ＳＥＮＳＥ端子からフイードバックするスイッチング電流の最大電流値を３つのフイードバック情報（つまり、燃料電池の電圧情報、出力電圧の情報、及び燃料電池の温度情報）から決定することにより、最大電力点の追従を実現することができる。もちろん、電流モードの代わりにＰＷＭ幅を変化させて最大電力追従を実現する形態にしてもよい。なお、燃料電池の温度が高い値を示す温度情報や出力電圧が低い値を示す出力電圧情報が入力されたときは、燃料電池の電圧情報による最大電力追従制御に優先して、強制的にＰＷＭのデューティを絞る制御が行われる。
【００４４】
《実施の形態２》
図８は、本発明の実施の形態２における燃料電池制御システムの構成図である。この燃料電池制御システムでは制御ＩＣ４ａを用い、この制御ＩＣ４ａは、図６に示す実施の形態１の燃料電池制御システムの制御ＩＣ４に比べ内部構成が異なっている。回路部３ａなどその他の構成は、図６に示す燃料電池制御システムと同様である。
制御ＩＣ４ａは、制御部１１ａと、基準電圧設定部１２で構成される。抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４で分圧され、蓄電電圧端子Ｆｂｏｕｔから入力された回路部３ａの出力電圧と第２リファレンス電圧Ｖｒｅｆ２が差分増幅器Ｓ３で比較され、その差分電圧（以下、出力電圧差分という）が基準電圧設定部１２の一方の端子に出力される。燃料電池１の温度電圧が温度端子ＴＥＭＰから入力され、差分増幅器Ｓ２で第３リファレンス電圧Ｖｒｅｆ３と比較され、その差分電圧（以下、温度電圧差分という）が基準電圧設定部１２のもう一方の端子に入力される。の２つのフイードバック情報を基準電圧設定部１２に入力し、基準電圧設定部１２は、出力電圧差分と温度電圧差分に基づいて、燃料電池の出力電圧の基準電圧である第１リファレンス電圧Ｖｒｅｆｌの電圧値を変化させるように構成されている。制御部１１ａは、差分増幅器Ｓ１からの差分電圧に基づいて回路部３ａのＰＷＭのデューティを制御する。
【００４５】
具体的には、実施の形態１で例に挙げたように、最大電力点電圧に対応させた０．６Ｖの電圧を第１リファレンス電圧Ｖｒｅｆｌの最低値とし、出力電圧が目標値に近づいた場合と燃料電池１の温度電圧が設定値を超えた場合の少なくとも１つの条件により、第１リファレンス電圧Ｖｒｅｆｌの電圧値を上昇させることで燃料電池１から取り出す電流の制限を行う。つまり、燃料電池１の目標電圧値（第１リファレンス電圧Ｖｒｅｆｌ）を、出力電圧の条件と温度電圧の条件の少なくとも一方によって変化させることで、最大電力点の追従制御と出力電圧一定制御と温度制限制御の３つの制御を実現させることができる。また、ＰＷＭのデューティを制御する制御部ｌｌａと基準電圧設定部１２とを分離することで、制御部ｌｌａは既存の（つまり、図６に示した制御ＩＣ４）制御方式のものをそのまま使用することができる。
【００４６】
次に、フローチャートに基づいて制御ＩＣ４ａの制御の流れを説明する。
図９は、本発明の実施の形態２における燃料電池制御システムの制御ルーチンを示すフローチャートである。
図９において、基準電圧設定部１２は、差動増幅器Ｓ２より、温度電圧と第３リファレンス電圧Ｖｒｅｆ３との差分電圧を入力し（ステップＳ２１）、温度電圧と第３リファレンス電圧Ｖｒｅｆ３との差分電圧が０より大きいか否かを判定する（ステップＳ２２）。ここで、温度電圧と第３リファレンス電圧Ｖｒｅｆ３との差分電圧が０より大きければ（ステップＳ２２でＹｅｓの場合）、燃料電池１の温度が所定値より高いのでＰＷＭのデューティ制限を行って温度の制限をセットする（ステップＳ２３）。
【００４７】
次に、基準電圧設定部１２は、差動増幅器Ｓ３より第２リファレンス電圧Ｖｒｅｆ２と出力電圧との差分電圧を入力し（ステップＳ２４）、第２リファレンス電圧Ｖｒｅｆ２と出力電圧との差分電圧が設定値以下であるか否かを判定する（ステップＳ２５）。ここで、第２リファレンス電圧Ｖｒｅｆ２と電気二重層コンデンサ２の出力電圧との差分電圧が設定値以下である場合は（ステップＳ２５でＹｅｓの場合）、出力電力制限と温度制限のどちらの制限が優先するかの制限量の大小比較を行い（ステップＳ２６）、出力電力制限の方が大きい場合は（つまり、出力電力制限を優先する場合は）出力電圧制限をセットし（ステップＳ２７）、第１リファレンス電圧Ｖｒｅｆ１の指令値を決定する（ステップＳ２８）。なお、ステップＳ２６で温度制限の方が大きい場合は、その温度制限の条件に基づいて第１リファレンス電圧Ｖｒｅｆ１の指令値を決定する（ステップＳ２８）。
【００４８】
また、ステップＳ２２で、温度電圧と第３リファレンス電圧Ｖｒｅｆ３との差分電圧が０より小さければ（ステップＳ２２でＮｏの場合）、基準電圧設定部１２は、第２リファレンス電圧Ｖｒｅｆ２と出力電圧との差分電圧を入力し（ステップＳ２９）、第２リファレンス電圧Ｖｒｅｆ２と出力電圧との差分電圧が設定値以下であるか否かを判定する（ステップＳ３０）。ここで、第２リファレンス電圧Ｖｒｅｆ２と出力電圧との差分電圧が設定値以下である場合は（ステップＳ３０でＹｅｓの場合）、出力電圧制限をセットし（ステップＳ２７）、第１リファレンス電圧Ｖｒｅｆ１の指令値を決定する（ステップＳ２８）。なお、ステップＳ３０で、第２リファレンス電圧Ｖｒｅｆ２と出力電圧との差分電圧が設定値以上である場合は（ステップＳ３０でＮｏの場合）、その設定値に基づいて第１リファレンス電圧Ｖｒｅｆ１の指令値を決定する（ステップＳ２８）。また、ステップＳ２５で第２リファレンス電圧Ｖｒｅｆ２と出力電圧との差分電圧が設定値以上である場合についても（ステップＳ２５でＮｏの場合）、その設定値に基づいて第１リファレンス電圧Ｖｒｅｆ１の指令値を決定する（ステップＳ２８）。
【００４９】
すなわち、図９の制御ルーチンに示すように、出力電圧と温度電圧の両方の制限がない場合には、第１リファレンス電圧Ｖｒｅｆｌは最大電力点を目標とするため０．６Ｖ等の最低値となる。また、出力電圧の制限のみの場合にはＶｒｅｆｌはその制限値に応じて０．６Ｖ等の電圧よりも高い電圧となり、燃料電池１から取り出す電流が低減して電気二重層コンデンサ２の電圧上昇を抑えることができる。さらに、温度の制限のみの場合にはＶｒｅｆｌはその制限値に応じて０．６Ｖ等の電圧よりも高い電圧となり、燃料電池１から取り出す電流が低減して燃料電池１の温度上昇を抑える。
【００５０】
また、出力電圧の制限と温度の両方の制限がある場合には両方の制限値を比較して、Ｖｒｅｆｌはより大きい方の制限値に応じて０．６Ｖ等の電圧よりも高い電圧となり、燃料電池１から取り出す電流が低減して電気二重層コンデンサ２の電圧上昇と燃料電池１の温度上昇の両方を抑えることができる。
【００５１】
《実施の形態３》
図１０は、本発明の実施の形態３における燃料電池制御システムの構成図である。図１０に示す実施の形態３の燃料電池制御システムは、実施の形態１及び実施の形態２の燃料電池制御システムと比べて、回路部３ｂが、同期整流型ではなく、ショットキーバリアダイオード１５を用いた昇圧チョッパ方式に変更されたものである。つまり、図１０の回路部３ｂでは、図６の回路部３ａにおけるＰチャネルパワーＭＯＳＦＥＴ１４をショットキーバリアダイオード１５に替えている。このような構成にすることで、図６の実施の形態１や図８の実施の形態２の構成よりも出力端の電圧をより高くする場合に有効である。
【００５２】
図１０に示す実施の形態３の制御ＩＣ４ｂの詳細について説明する。実施の形態３の制御ＩＣ４ｂは、図４及び図６に示す実施の形態１の制御ＩＣ４及び図８に示す実施の形態２の制御ＩＣ４ａと比較して、ＰチャネルパワーＭＯＳＦＥＴ１４を制御するための制御端子ＴＧが不要となり、出力電圧取得用の端子Ｖｏｕｔの代替として電源取得用端子Ｖｉｎが存在する。電源取得用端子Ｖｉｎは、図１０においては入力側に接続して端子耐電圧を低くできる設計にしているが、出力電圧が２０Ｖ以下のように低い場合は出力側に接続してもよい。また、制御ＩＣ４ｂの内部の構成については、図６に示す実施の形態１の制御ＩＣ４の構成と図８に示す実施の形態２の制御ＩＣ４ａの構成のいずれを使用しても構わない。
【００５３】
実施の形態３においては、蓄電手段として使用する電気二重層コンデンサ２ａは１セルあたりの耐電圧が２．３Ｖ〜３．３Ｖであるため、図１０に示すように４セルで使用している場合は、従来リチウムイオン電池２〜３セルで駆動しているノートＰＣなどのような携帯電子機器に適用することが可能である。もちろん、電気二重層コンデンサ２ａの代わりの蓄電手段として、リチウムイオン電池等の２次電池を使用しても構わない。
【００５４】
《実施の形態４》
図１１は、本発明の実施の形態４における燃料電池制御システムの構成図である。図１１に示す実施の形態４の燃料電池制御システムは、回路部３ｃに降圧チョッパを用いた例を示している。回路部３ｃを降圧チョッパとして構成することにより、燃料電池１の電圧よりも負荷電圧が低い場合に対応することができる。すなわち、図１１の回路部３ｃは、ＮチャネルパワーＭＯＳＦＥＴ１６がＯＮでＮチャネルパワーＭＯＳＦＥＴ１３がＯＦＦのときに燃料電池１の電流はインダクタンスＬを通って負荷３０に流れ、ＮチャネルパワーＭＯＳＦＥＴ１６がＯＦＦでＮチャネルパワーＭＯＳＦＥＴ１３がＯＮのときにインダクタンスＬに貯えられたエネルギーが負荷３０へ循環する。このようにして、負荷３０には燃料電池１の電圧よりも低い電圧が供給される。
【００５５】
図１１に示す実施の形態４においては、蓄電手段として使用する電気二重層コンデンサ２ｂは１セルあたりの耐電圧が２．３Ｖ〜３．３Ｖであるため、図１１に示すように電気二重層コンデンサ２ｂを１セルで使用している場合は、１．８Ｖの電圧など低電圧で駆動している携帯電子機器に適用することが可能である。もちろん、電気二重層コンデンサ２ｂの代わりの蓄電手段として、リチウムイオン電池やＮｉ水素電池等の２次電池を使用しても構わない。なお、図１１において、ＮチャネルパワーＭＯＳＦＥＴ１３をショットキーバリアダイオードに替えることもできる。また、制御ＩＣ４の内部の構成については、図６に示す実施の形態１の制御ＩＣ４の構成と図８に示す実施の形態２の制御ＩＣ４ａの構成のいずれを使用しても構わない。
【００５６】
以上述べたように、４つの実施形態からなる燃料電池制御システムの例を挙げたが、携帯電子機器に用いる用途に応じて、これらの実施形態の幾つかを組み合わせて使用しても構わない。
実施の形態では、携帯電子機器の電源として直接メタノール型燃料電池を用いたが、これに限らず例えば固定高分子型燃料電池を使用することもできる。固定高分子型燃料電池など直接メタノール型燃料電池以外の燃料電池の場合は、最大電力点電圧が異なるが、本実施形態の方法で特定することによって同じように最大電力の追従制御を行って発電させることができる。さらには負荷電流の変化に対して最大電力点を持つ特性を有する電池、例えば太陽電池などにおいても最大電力点電圧を特定し最大電力の追従制御に利用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】燃料電池の直流等価回路のモデルを示す回路図である。
【図２】直接メタノール型燃料電池の温度変化による出力電圧の変化を示す特性図である。
【図３】直接メタノール型燃料電池の空気流量の変化による出力電圧特性の変化を示す特性図である。
【図４】本発明の実施の形態１における燃料電池制御システムの一構成例を示す構成図である。
【図５】本発明の実施の形態１における燃料電池制御システムの他の構成例を示す構成図である。
【図６】本発明の実施の形態１における燃料電池制御システムにおいて制御ＩＣの機能図を追加した構成図の一例である。
【図７】本発明の実施の形態１における燃料電池制御システムの制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態２における燃料電池制御システムの構成図である。
【図９】本発明の実施の形態２における燃料電池制御システムの制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態３における燃料電池制御システムの構成図である。
【図１１】本発明の実施の形態４における燃料電池制御システムの構成図である。
【図１２】固定高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）、直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）の出力特性を示す特性図である。
【符号の説明】
【００５８】
１      燃料電池
２      電気二重層コンデンサ（蓄電手段）
３      回路部
１５    ショットキーバリアダイオード
Ｃ１    コンデンサ
Ｃ２    コンデンサ
Ｌ      インダクタンス
【図１】
2006286408.tif 000003
【図２】
2006286408.tif 000004
【図３】
2006286408.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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